Larutan kalium sederhana dapat meningkatkan efisiensi sel surya generasi berikutnya, dengan memungkinkan mereka mengubah lebih banyak sinar matahari menjadi listrik.
Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh University of Cambridge menemukan bahwa penambahan kalium iodida ‘menyembuhkan’ cacat dan menghambat pergerakan ion, yang hingga saat ini telah membatasi efisiensi sel surya perovskit yang murah. Sel surya generasi berikut ini dapat digunakan sebagai lapisan penguat efisiensi di atas sel surya berbasis silikon yang ada, atau dibuat menjadi sel surya yang berdiri sendiri atau LED berwarna. Hasilnya dilaporkan dalam jurnal Nature .
Sel-sel surya dalam penelitian ini didasarkan pada logam halida perovskit – kelompok bahan semikonduktor ionik yang menjanjikan yang hanya dalam beberapa tahun pengembangan singkatnya, telah menyaingi teknologi fotovoltaik film tipis komersial dalam hal efisiensi mereka dalam mengubah sinar matahari menjadi listrik. Perovskit murah dan mudah diproduksi pada suhu rendah, yang membuatnya menarik untuk sel surya generasi berikutnya dan pencahayaan.
Meskipun perovskit memiliki potensi, beberapa keterbatasan telah menghambat efisiensi dan konsistensi mereka. Cacat kecil dalam struktur kristal perovskit, yang disebut perangkap, dapat menyebabkan elektron menjadi ‘terjebak’ sebelum energi mereka dapat dimanfaatkan. Semakin mudah elektron dapat bergerak di dalam material sel surya , semakin efisien material itu akan mengubah foton, partikel cahaya, menjadi listrik. Masalah lainnya adalah bahwa ion dapat bergerak di sel surya ketika diterangi, yang dapat menyebabkan perubahan dalam celah pita – warna cahaya yang diserap oleh material.
“Sejauh ini, kami belum mampu membuat bahan-bahan ini stabil dengan celah pita yang kami butuhkan, jadi kami telah mencoba untuk melumpuhkan gerakan ion dengan mengubah komposisi kimia lapisan perovskit,” kata Dr Sam Stranks dari Cambridge Cavendish Laboratory yang memimpin penelitian. “Ini akan memungkinkan perovskit digunakan sebagai sel surya serbaguna atau sebagai LED berwarna, yang pada dasarnya sel surya berjalan secara terbalik.”
Dalam studi tersebut, para peneliti mengubah komposisi kimia lapisan perovskit dengan menambahkan kalium iodida ke tinta perovskit, yang kemudian merakit diri menjadi film tipis. Teknik ini kompatibel dengan proses roll-to-roll, yang berarti itu terukur dan murah. Kalium iodida membentuk lapisan ‘dekoratif’ di atas perovskit yang memiliki efek ‘menyembuhkan’ perangkap sehingga elektron dapat bergerak lebih bebas, serta menghambat gerakan ion, sehingga membuat bahan lebih stabil pada celah pita yang diinginkan.
Para peneliti menunjukkan kinerja menjanjikan dengan pita perovskit yang ideal untuk pelapisan di atas sel surya silikon atau dengan lapisan perovskit lain – yang disebut sel surya tandem. Sel surya silikon tandem adalah aplikasi perovskit yang paling luas pertama kali. Dengan menambahkan lapisan perovskit, cahaya dapat lebih efisien dipanen dari spektrum matahari yang lebih luas.
“Kalium menstabilkan celah pita perovskit yang kita inginkan untuk sel surya tandem dan membuat mereka lebih bercahaya, yang berarti sel surya lebih efisien,” kata Stranks, yang penelitiannya didanai oleh Uni Eropa dan Program Horizon 2020 European Research Council. “Ini hampir sepenuhnya mengelola ion dan cacat pada perovskit.”
“Kami telah menemukan bahwa perovskit sangat toleran terhadap aditif – Anda dapat menambahkan komponen baru dan mereka akan berkinerja lebih baik,” kata penulis pertama Mojtaba Abdi-Jalebi, “Tidak seperti teknologi fotovoltaik lainnya, kita tidak perlu menambahkan lapisan tambahan untuk meningkatkan kinerja, aditif hanya dicampur dengan tinta perovskit.”
Peralatan perovskit dan kalium menunjukkan stabilitas yang baik dalam tes, dan 21,5% efisien dalam mengubah cahaya menjadi listrik, yang mirip dengan sel surya berbasis perovskit terbaik dan tidak jauh di bawah batas efisiensi praktis sel surya berbasis silikon , dimana 29%. Sel tandem yang terbuat dari dua lapisan perovskit dengan celah pita ideal memiliki batas efisiensi teoretis 45% dan batas praktis 35% – keduanya lebih tinggi dari batas efisiensi praktis saat ini untuk silikon. “Anda mendapat lebih banyak kekuatan untuk uang Anda,” kata Stranks.
